Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки при пуске

Номер патента: 1141502

Авторы: Бурыкин, Ковязин, Павлов, Савельев

ZIP архив

Текст

(19) 4(51) 11 02 Н 7 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ иг.1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Гимоян Г.Г. Релейная защита горных электроустановок. Изд, 2-ое, перераб. и доп, М "Недра", 1978; с. 349.2, Авторское свидетельство СССР 1 Ф 210935, кл. Н 02 Н 7/Оф, 1965. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКХ- РОДВИГАТЕЛИ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПРИ ПУСКЕ, содержащее датчик тока, выпрямитель, пороговый элемент и импульсное реле времени, о т л и ч а ющ е е с я тем, что., с целью повыщения быстродействия защиты в случае незапуска электродвигателя по механической или электрической причи. - не, в него дополнительно введены вторбе импульсное реле. времени, полосовой пропускающий фильтр инфранизкой частоты, элемент ПАМЯТЬ, элемент И и замыкающий блок-контакт выключателя двигателя, причем датчик тока, Фильтр, выпрямитель и пороговый элемент соединены последовательно, выход порогового элемента подключен к блокирующему входу элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с элементом И, а блок-контакт выключателя соединен с объединенными. входами обоих импульсных реле времени, выход одного из которых подключен к запускающему входу элемента ПАМЯТЬ, а выход другого - к элементу И.1 О Изобретение относится к областирелейной защиты и может быть использовано для защиты электродвигателейпеременного тока от перегрузки принеуспешном пуске из-за приводимого 5механизма, заклинивания подшипниковили приводимого механизма, задевания,ротора о статор, примерзания ьеханизма (например, водяного насоса), завала механизма (например,из-за завала топливом дробилок имельниц системы топливоприготовления электростанций),из-за обрывафазы, при глубоких присадках напряжения на питающих шинах, при внутренних коротких замыканиях и в других случаях, когда при включениидвигателя в работу он не разворачивается.Для отключения электродвигателя вперечисленных ситуациях используотся фильтровые защиты обратнойпоследовательности1,Однако они реагируют только наобрыв фазы и несимметричные короткие замыкания,Известна максимальная токоваязащита, содержащая датчик тока, реле тока и реле времени, предпочтительно с зависимой выдержкой време 1 ж 2,ЗОИзвестная защита охватывает всеперечисленные повреждения, однако действует со значительной выдержкой времени, что часто приводитк развитию аварии из-за чрезмерного,. З 5нагрева обмоток статора и роторапусковыми токами,Цель изобретения - повышениебыстродействия защиты в случаенезапуска электродвигателя по ме Оханнческой или электрической причине,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащеедатчик тока, выпрямитель, пороговый элемент и импульсное релевремеви, дополнительно введены второе импульсное реле времени, полосовой пропускающий фильтр инфранизкой частоты, логический элемент 50ПАМЯТЬ, элемент И и"замыкающийблок-контакт выключателя двигателя, причем датчик тока, фильтр,выпрямитель и пороговый элементсоединены последовательно, выход порогового элемента подключен к блокирующему входу элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с элементом И, а блок-контакт выключателя связан с объединенными входами обоих импульсных реле времени, выход одного из которых подключен к запускающему входу элемента ПАМЯТЬ, выход другого - к элементу И.На,фиг. изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - характерная кривая изменения пускового тока мощного электродвигателя (огибающая кривая) при успешном пуске; на фиг,3 - то же, при неуспешном пуске (двигатель заторможен ).Устройство содержит датчик 1 тока, полосовой фильтр 2 инфранизкой частоты, выпрямитель 3, пороговый элемент 4, блок-контакт 5,выключателя двигателя, импульсное реле 6 времени, логический элемент ПАМЯТЬ 7 с запускающим а и блокирующим б входами, импульсное реле 8 времени и логический элемент И 9. Элементы 1- 4 соединены последовательно, причем выход порогового элемента 4 подключен к блокирующему входу Ь элемен-. та ПАМЯТЬ 7. Ьлок-контакт 5 запус-. кает оба импульсных реле 6 и 8 време ни, например, путем подачи плюса" от шин питания, Выход реле 6 времени соединен с запускающим входом а элемента ПАМЯТЬ 7, Выходы элемента ПАМЯТЬ 7 и реле 8 времени объединены через элемент И 9. Датчик 1 тока служит для преобразования тока статора защищаемого электродвигателя .в пропорциональное ему напряжение и может быть выполнен, например, в виде шунта, транс- реактора, специального измерительного преобразователя и т,п. Полосо вой пропускающий фильтр 2 инфра- низкой частоты служит Для выделения составляющей инфранизкой частоты (несколько Герц) в токе статора двигателя и отстроен, с одной стороны, от апериодической составляющей тока статора.и, с другой стороны, от тока промышленной частоты (50 Гц), Наиболее успешно справляются с этой задачей активные В-С-фильтры, Выпрямитель 3 выпрямляет переменное напряжение инфра- низкой частоты на выходе фильтра 2, Сигнал на выходе порогового элемента (компаратора) 4 появляется, если выходной сигнал превышает некоторый заданный уровень. Поро30 Принцип действия. защиты основан "на выделении и фиксации факта налиговый элемент служит для исключениявлияния небаланса фильтра 2, которыйвозникает, например, из-за того, что любой реальный фильтр не.,можетполностью подавить апериодическуюсоставляющую и ее "остаткй" проходят на выход фильтра, Блок-контакт5 выключателя двигателя замыкаетсяспустя интервал времени после включения выключателя двигателя и.осу .ществляет запуск импульсных реле 6 и8 времени, Сигналы на выходах реле6 и 8 времени в виде кратковременныходнократных импульсов появляютсяспустя выдержки времени с и Й 15соответственно, Реле времени могут быть построены на различных принципах, например на принципе заряда- разряда . - К-С-контуров, на принципеподсчета числа тактовых импульсов 20 тактового генератора, на основеэлектромагнитного реле времени с проскальзывающими контактами ит.п.Элемент ПАМЯТЬ 7 с запускающим входом а, на который подан сигнал 25 х с выхода реле б времени, и бло кирующим входом Ь, на который подан сигнал х 1 с выхода порогового элемента 4,Сигнал х 7 на выходе элемента ПАМЯТЬ 7 появляется при наличии хотя бы кратковременного сигнала на запускающем входе (х =1 ) и отсутствии сигнала на блокирующем входе (х= О, х = 1 ) . Это состояние сохраняется как угодно долго до момента появления сигнала на блокирующем входе (х =1, х = О ), послечего сигнал на выходе элементаНАМЯТЬ исчезает (х = 0) и это новое состояние сохраняется, При одновре-. ф менном наличии сигналов на обоих входах (хе = 1; х =1; х = О) на выходе сигнал отсутствует (х= О). В исходном положении (при подаче напряжения питания на элемент ПИИТЬ и отсутствии обоих входных сигналов ) состояние элемента ПАМЯТЬ произвольно, т,е, выходной сигнал хравновероятно может появиться или не появиться. Реализация элемента ПАМЯТЬ 7 возможна на различного рода триггерах, Сигнал на выходе логического элемента И 9 появляется только при одновременном наличии сигналов на обоих его входах. чия или отсутствия в пусковом токе двигателя составляющей инфра- низкой частоты. Наличие в пусковом токе асинхронного и синхронного двигателей затухающей составляющей инфраиизкой частоты при успешном пуске подтверждается данными на фиг. 2, Физически наличие составляющей инфракрасной частоты обусловлено существованием в начальный момент пуска. апериодической слагаемой в токе ротора. При успешном пуске разворачивающий двигатель упо." добляется ускоряющемуся генератору, у которого в качестве тока возбуждения выступает апериодическая слагаемая тока ротора, а частота генерируемых колебаний увеличивается пропорционально скорости вращения двигателя. Амплитуда низкочастотных колебаний сначала возрастает от 0 (при Г = 0 ротор не подвижен и вращающегося магнитного поля ротора нет) до .некоторого максимального значения (хотя апериодическая составляющая ротора затухает, но поскольку ротор ускоряется, то в обмотке статора наводится большая ЭДС, которая пропорциональна скорости вращения). После наступления максимума амплитуда низкочастотных колебаний затухает до О. Уровень тока инфранизкой частоты и продолжительность существования этого тока достаточна для того, чтобы выявить- факт появления составляющей инфра- низкой частоты в токе статора при пускеЕсли двигатель по любой причине не разворачивается, то в токе статора может существовать только периодическая (50 Гц).и апериодпческая составляющие, а составляющая инфра-, низкой частоты отсутствует (фиг.З ). Таким образом, факт наличия или отсутствия в пусковом токе двигателя в начальный момент составлчющей инфранизкой частоты слуют качественным признаком успешного или неуспешного пуска соответственно.Устройство работает след;вщим образом.При успешном пуске .на выходе полосового филь ра 2 инфранизкой частоты появляется сигнал- х а(фиг. 2), Настроила фипьтра выполнена таким образом, что он подавляет периодическую составляющую 50 Гци апериодическую составляющую тока статора, которые присутствуют в пусковом токе как исправного, так и поврежденного (заторможенного ) двигателя, а инфранизкая частота (единицы Герц), свободно проходит на выход фильтра На кривую изменения выходного сигнала х выпрямителя 3 наложен уровень срабатывания (х )1 О порогового элемента 4. Последний необходим для отстройки от возможного небаланса на выходе фильтра 2. Блок-контакт 5 выключателя защищаемого двигателя замыкается спустя интервал времени дс и запускает реле 6 и 8 времени, Импульсные сигналы хе и х на выходах реле 6 и 8 времени появляются спустя. выдержки времени С 6 и Сэ соответственно. Причем, при успешном пуске пвигате ля возможны два случая (фиг.2), В первом случае сигнал ха появляется одновременно с сигналом х 4, т.е, на обоих входах элемента ПАМЯТЬ появляются сигналы что приводит кУисчезновению выходного сигнала х (если по какой-то причине в предшествующий момент времени на выходе элемента ПАМЯТЬ сохраняется сигнал). Далее элемент ПАМЯТЬ сохраняет это 30 состояние (х = О), что обеспечивает несрабатывание выходного элемента И 9 при успешном пуске. Второй случай, который может иметь место при успешном пуске, наблюдается тогда, когда импульсный сигнал на выходе реле 6 времени появляется вмомент отсутствия сигнала х 1, На фиг,2 эта ситуация условно иллюст 1 рируется положением импульса х 40 (пунктир), т.е. импульс х поступает н .тот момент, когда мгйовенное значение напряжения на выходе фильтра равно нулю или близко к переходу через нуль, и пороговый элемент .не срабатывает (хц = О ), При такомсочетании сигналов (х 4 = О, хь =1 ) 1на выходе элемента ПАМЯТЬ 7 появляется сигнал х =1 на фиг.2 пока - зан пунктиром). Однако как только 50 мгновенное значение напряжения на выходе фильтра превысит порог срабатывания х порогового элемента 4, на блокирующем входе элемента ПАМЯТЬ появится сигнал, что приведет к ис1 чезновению выходного сигнала х Выдержка времени с 8 реле 8 времени выбирается достаточной для того,чтобы к моменту появления импульса хз сигнал х, на выходе элемента ПАМЯТЬ. 7 в описанной ситуации исчез, т,е. выдержка времени й должна превышать выдержку й на время,за которое мгновенное значение сигнала х снизится от хдо О и вновь возрастет до хд,р, (фиг, 2 ) .Таким образом, при успешном пуске двигателя сигналы на входах логического элемента И могут появиться только неодновременно, и защита не срабатывает (фиг.2 ),При неуспешном пуске по любой причине ток статора не содержит составляющей инфранизкой частоты и сигналы на выходах элементов 2-4 в ццеале отсутствуют (фиг.З). При срабатывании реле б времени на запускающий вход элемента ПАМЯТЬ 7 поступает. импульс х 6 , что обуславливает появление сигнала х(если по какой-то причине сигнал хсу-. ществовал и до момента поступления импульса х, то состояние элемента ПАМЯТЬ не изменится), При последующем срабатывании реле 8 времени на второй вход элемента И 9 поступает импульс х, что приводит.к срабатыванию защиты. Таким образом, при идеальном подавлении фильтром 2 апериодической составляющей в токе статора защита обеспечивает отключение электродвигателя при неуспешном пуске, Реальный фильтр пропус-, кает на выход "остатки" апериодической слагающей, что может восприниматься -устройством как наличие инфранизкой частоты в токе, статора, и в итоге приведет к отказу защиты при неуспешном пуске,Дпя предупреждения отказа защиты в этом случае в устройство дополнительно введен пороговый элемент 4 с порогом срабатывания х ,Однако чрезмерно 1 высокий уровень порога срабатывания х,может привести к загрублению защиты и, как следствие, к ложномуее срабатыванию при успешном пуске двигателя. Поэтому в предлагаемое устройство введено реле 6 времени с выдержкой с, Выдержка времении уровень порога срабатывания .: хр , порогового элемента 4 выбираются совместно таким образом, чтобы хбып заведомо меньше амплитудного значения тока инфранизкой частоты при успешном пуске после пос1141502 ВЩЩПИ Заказ 508 41 . Типаж 620 Попписно ППП Патент , г. Ужгород, ул.Проектная,тупления импульса х, на запускающий вход элемента ЩШЯХЬ 7. С другой стороны, уровень порога срабатывания хдолжен быть больше небаланса на выходе фильтра 2 при неуспеш ком пуске в момент поступления импульса х . Таким образом, благодаря применению пороговогоэлемента 4 и реле 6 времени и совместному выбору (координации ) их уставок (С и хщф 0 уровень порога срабатывания может быть принят меньшим, Нри этом достигается повышение надежности функционирования защиты, т.е. обеспечивается четкое ее срабатывание 15 при неуспешном пуске.и исключается ее ложное действие при успешном пуске.Устройство может быть выполнено на различных известных элементных 20 базах (полупроводниковые приборы, логические н линейные интегральные микросхемы, магнитные сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса ипи электромеханические реле ), 25 По сравнению с известными устройствами (фильтровые защиты, максимальные токовые защиты) предлагаемое техническое решение отличается более высоким быстродействием и способностью осуществлять защиту электродвигателей от неуспешного пуска по любой причине механического или электрического характера, т,е. расширением функциональных возможностей. Экономический эффект от применения предлагаемого. устройства заключается прежде всего в уменьшении затрат на восстановительный ремонт электродвигателей за счет более быстрого его отключения и сокращения масштаба разрушения, а также эа счет увеличения срока службы электродвигателя.Изобретение может быть использовано для защиты крупных электродвигателей различных отраслей промышленности: металлургической, химиче ской, энергетической, топливной и дре

Смотреть

Заявка

3677313, 22.12.1983

ИВАНОВСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. В. И. ЛЕНИНА

БУРЫКИН ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ, КОВЯЗИН ЛЕОНИД ВАСИЛЬЕВИЧ, ПАВЛОВ ГЕННАДИЙ МИХАЙЛОВИЧ, САВЕЛЬЕВ ВИТАЛИЙ АНДРЕЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: H02H 7/08

Метки: защиты, перегрузки, пуске, электродвигателя

Опубликовано: 23.02.1985

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-1141502-ustrojjstvo-dlya-zashhity-ehlektrodvigatelya-ot-peregruzki-pri-puske.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки при пуске</a>

Похожие патенты